CN115347459A - 一种医用半导体激光器激光输出装置 - Google Patents

一种医用半导体激光器激光输出装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医用半导体激光器激光输出装置，包括用于发射第一波长激光的第一叠阵半导体激光器、用于发射第二波长激光的第二叠阵半导体激光器、位于第一叠阵半导体激光器发光面前端的转向镜、位于第二叠阵半导体激光器发光面前端的二向色镜、位于二向色镜出光面前端的光波导以及位于光波导出光口前端的透明的接触窗；被转向镜反射转向的第一波长激光透过二向色镜并经光波导匀光整形后从接触窗输出；被二向色镜反射转向的第二波长激光经光波导匀光整形后从接触窗输出。本发明既能输出单一波长的激光，也能输出混合激光。此外，本发明将2个叠阵半导体激光器的冷却水路串联接通，散热效率高，同时保证2个叠阵半导体激光器散热情况高度一致。

Description

一种医用半导体激光器激光输出装置
技术领域
本发明涉及激光医学技术领域，尤其涉及一种医用半导体激光器激光输出装置。
背景技术
随着激光技术的发展，一门崭新的应用学科——激光医学已经形成，激光的独特优点，解决了传统医学在基础研究和临床应用中不能解决的诸多难题，引起了国内外医学界的重视。
激光医疗美容作为激光应用的一个重要领域，发展非常迅速，逐步走向成熟。半导体激光器因其具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、波长覆盖范围广等特点，特别适用于医疗设备制造。半导体激光波长范围广，不同波长的半导体激光照射生物组织会产生不同的生物效应；不同的激光波长，可应用于不同疾病的治疗。比如波长为808nm，755nm半导体激光可用于脱毛，美白嫩肤、改善淡斑病症的治疗。在脱毛治疗方面，808nm激光是国际公认的脱毛金标准；755nm激光具有更强的选择性吸收的特性，适用于更宽泛的各毛发和肤色的脱毛，特别是能够轻松去除浅色及细小毛发。755nm的特点是针对表浅皮肤突出的毛囊有显著去除效果，特别是眉毛和唇毛。
为了有更好的治疗效果，大量临床实践证实通常在脱毛治疗时，有时需要根据不同部位的不同毛发情况，采用不同的激光波长(单一波长激光)先后作用于脱毛处；有时需要多波长激光同时工作，输出多波长混合激光进行治疗。
然而，目前市面上的医用半导体美容激光治疗仪的治疗手具只能输出单一波长(比如808nm激光)的激光作为治疗光源，或者只能输出混合波长的激光作为治疗光源，不能根据需要有选择地输出不同波长的单一波长的激光或者混合激光。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种医用半导体激光器激光输出装置，既可以输出单一波长的激光，也可以输出混合激光。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：
一种医用半导体激光器激光输出装置，其包括有用于发射第一波长激光的第一叠阵半导体激光器、用于发射第二波长激光的第二叠阵半导体激光器、位于第一叠阵半导体激光器发光面前端的转向镜、位于第二叠阵半导体激光器发光面前端的二向色镜、位于二向色镜出光面前端的光波导以及位于光波导出光口前端的透明的接触窗；被转向镜反射转向的第一波长激光透过二向色镜并经过光波导匀光整形后从接触窗输出；被二向色镜反射转向的第二波长激光经过光波导匀光整形后从接触窗输出。
优选的，所述转向镜的中心和二向色镜的中心的连线与光波导的中轴线共线；第一波长激光自第一叠阵半导体激光器的发光面沿第一传输光路传输至光波导入射端面的第一光程，与第二波长激光自第二叠阵半导体激光器的发光面沿第二传输光路传输至光波导入射端面的第二光程相等。
优选的，所述转向镜为表面镀有高反射膜的全反镜或折射率n≥1.649的等腰直角棱镜。
优选的，所述转向镜为采用蓝宝石晶体制成的等腰直角棱镜。
优选的，所述医用半导体激光器激光输出装置包括有用于冷却第一叠阵半导体激光器的第一通水块、用于冷却第二叠阵半导体激光器的第二通水块、热电半导体制冷器、以及用于对接触窗进行传导冷却的制冷座，所述制冷座设有一空腔，所述接触窗安装于空腔的前部，光波导的出光口端位于空腔内，且光波导与空腔之间留有空隙；所述热电半导体制冷器的底部紧贴制冷座的左侧顶部，热电半导体制冷器的顶部紧贴第二通水块的底部。
优选的，所述第一通水块设置有第一进水口和第一出水口，第二通水块设置有第二进水口和第二出水口，所述第二出水口与第一进水口通过管路连接。
优选的，所述光波导采用K9玻璃、石英晶体或者蓝宝石晶体制成，外形为棱台形或圆台形。
优选的，所述光波导的入射端具有一平台面，光波导通过固定块夹持平台面而固定在制冷座上。
优选的，所述接触窗采用蓝宝石晶体、K9玻璃或石英晶体制成。
优选的，所述制冷座采用铜、铝、镀金铜或镀金铝制备，所述第一通水块和第二通水块采用铜、不锈钢或硬质铝制备。
本发明的有益技术效果在于：上述的医用半导体激光器激光输出装置，可对第一叠阵半导体激光器或第二叠阵半导体激光器分别单独驱动工作，输出单一波长的激光；也可对第一叠阵半导体激光器和第二叠阵半导体激光器同步驱动工作，输出两种波长的混合激光。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的医用半导体激光器激光输出装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例中的医用半导体激光器激光输出装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1所示，在本发明一个实施例中，所述医用半导体激光器激光输出装置包括有用于发射第一波长激光的第一叠阵半导体激光器1、用于发射第二波长激光的第二叠阵半导体激光器2、位于第一叠阵半导体激光器1发光面前端的转向镜8、位于第二叠阵半导体激光器2发光面前端的二向色镜7、位于二向色镜7出光面前端的光波导6以及位于光波导6出光口前端的透明的接触窗5。
所述转向镜8采用表面镀有高反射膜的全反镜，该全反镜与入射的第一波长激光形成45度夹角。所述二向色镜7对第一叠阵半导体激光器1发射的第一波长激光具有高透过率(即第一波长激光几乎可以完全透过二向色镜7)，对第二叠阵半导体激光器2发射的第二波长激光具有高反射率(即第二波长激光几乎完全被二向色镜7反射)。被转向镜8反射转向的第一波长激光透过二向色镜7并经过光波导6匀光整形后从接触窗5输出；被二向色镜7反射转向的第二波长激光经过光波导6匀光整形后从接触窗5输出。
第一叠阵半导体激光器1上设置的第一正电极104和第一负电极105对应与主机内的双路输出大功率半导体恒流电源的第一路正电极和第一路负电极通过导线连接；第二叠阵半导体激光器2上设置的第二正电极204和第二负电极205对应与主机内的双路输出大功率半导体恒流电源的第二路正电极和第二路负电极通过导线连接。在主机控制系统的操控下，可实现以下三种激光波长输出模式：
1、单独控制第一叠阵半导体激光器1发射第一波长激光(比如808nm波长)，第一波长激光通过转向镜8反射进入二向色镜7后透射出，再通过光波导6进行匀光整形，最后从接触窗5输出，得到单一波长的第一波长激光。
2、单独控制第二叠阵半导体激光器2发射第二波长激光(比如755nm波长)，第二波长激光经过二向色镜7反射后，通过光波导6进行匀光整形，最后从接触窗5输出，得到单一波长的第二波长激光。
3、同步控制第一叠阵半导体激光器1发射第一波长激光(比如808nm波长)和第二叠阵半导体激光器2发射第二波长激光(比如755nm波长)，第一波长激光、第二波长激光沿各自设定的传输光路传输，最后同时从接触窗5输出，从而得到第一波长和第二波长的双波长混合激光(808nm波长和755nm波长)。
本实施例中的医用半导体激光器激光输出装置，可对第一叠阵半导体激光器1或第二叠阵半导体激光器2分别单独驱动工作，输出单一波长的激光；也可对第一叠阵半导体激光器1和第二叠阵半导体激光器2同步驱动工作，输出两种波长的混合激光。
参照图1，在附图所示实施例中，所述转向镜8的中心和二向色镜7的中心的连线与光波导6的中轴线共线；且第一波长激光自第一叠阵半导体激光器的发光面沿第一传输光路传输至光波导入射端面的第一光程(即第一波长激光自第一叠阵半导体激光器的发光面沿光路经转向镜8反射再经过二向色镜7透射最后到光波导6入射端面的光程)，与第二波长激光自第二叠阵半导体激光器的发光面沿第二传输光路传输至光波导入射端面的第二光程(即第二波长激光自第二叠阵半导体激光器的发光面沿光路经二向色镜7反射最后到光波导6入射端面的光程)相等。
在本实施例中，第一叠阵半导体激光器1、第二叠阵半导体激光器2、转向镜8和二向色镜7在空间位置布局上采用独特的结构设计，保证了在第一叠阵半导体激光器1单独工作、或者第二叠阵半导体激光器2单独工作、或者第一叠阵半导体激光器1和第二叠阵半导体激光器2同步工作时，接触窗5端面均能形成能量分布均匀且光斑尺寸大小一致的激光光斑。
参照图1，在附图所示实施例中，所述医用半导体激光器激光输出装置包括有用于冷却第一叠阵半导体激光器1的第一通水块101、用于冷却第二叠阵半导体激光器2的第二通水块201、热电半导体制冷器(TEC)3、以及用于对接触窗5进行传导冷却的制冷座4。所述制冷座4设有一空腔，该空腔的前部用于安装接触窗5，空腔中后部用于辅助固定光波导6，光波导6的出光口端位于空腔内，且光波导6与空腔之间留有空隙。所述热电半导体制冷器3的底部紧贴制冷座4的左侧顶部，热电半导体制冷器3的顶部紧贴第二通水块201的底部。
所述第一通水块101设置有第一进水口102和第一出水口103，第二通水块201设置有第二进水口203和第二出水口202。所述第二出水口202与第一进水口102通过管路连接，将第一通水块101的冷却水路与第二通水块201的冷却水路串联接通，冷却水从第二进水口203进入第二通水块201，然后从第二出水口202流出，通过管路再从第一进水口102进入第一通水块101，最后从第一出水口103流出，进入主机水循环系统，在循环冷却水的作用下对本发明的医用半导体激光器激光输出装置进行冷却散热。
接触窗5的制冷过程是通过热电半导体制冷器3对制冷座4进行制冷以及通过制冷座4的传导而实现的，同时热电半导体制冷器3产生的热量被冷却水带走。
在本实施例中，采用循环冷却水对医用半导体激光器激光输出装置进行冷却散热，而且将第一通水块101的冷却水路与第二通水块201的冷却水路串联接通，散热效率高，同时保证第一叠阵半导体激光器1和第二叠阵半导体激光器2散热情况高度一致，不会出现两个激光器在工作时因散热不一致而出现性能差异的问题。另外，采用热电半导体制冷器3对接触窗5进行制冷冷却，使治疗时接触窗5的温度降低到5℃左右(冰点)，达到冰点无痛脱毛的效果，提升用户体验感。
参照图1，在附图所示实施例中，所述光波导6的外形为棱台形或圆台形。使用棱台型或圆台型的光波导传输激光，有利于进一步提高激光能量密度，激光光束在光波导6内通过多次全反射并进行整形压缩，最终出射的光斑被匀化，得到高能量均匀光斑。
参照图1，在附图所示实施例中，所述光波导6的入射端具有一平台面，光波导6通过第一固定块9和第二固定块10共同夹持平台面而固定在制冷座4上。为了方便固定，第一固定块9和第二固定块10采用槽型结构。
参照图1，在附图所示实施例中，所述光波导6采用高纯度的石英晶体制备而成；当然，在其他实施例中，光波导6也可以采用诸如K9玻璃或者蓝宝石晶体等透明材料制备而成。
参照图1，在附图所示实施例中，所述接触窗5采用蓝宝石晶体制备而成，可以满足对接触窗5的高效制冷要求；当然，在其他实施例中，接触窗5也可以采用诸如K9玻璃或者石英晶体等透明材料制备而成。
参照图1，在附图所示实施例中，所述接触窗5采用蓝宝石晶体制备而成，所述光波导6采用石英晶体制备而成，且接触窗5和光波导6被制成一体件。
参照图1，在附图所示实施例中，所述制冷座4采用镀金铜制备，可以达到高效导热的目的；当然，在其他实施例中，制冷座4可以采用诸如铜、铝、或镀金铝等材料制备。
参照图1，在附图所示实施例中，所述第一通水块101和第二通水块201采用硬质铝制备；当然，在其他实施例中，第一通水块101和第二通水块201可以采用诸如铜、不锈钢等材料制备。
图2示出了本发明另一个实施例中的医用半导体激光器激光输出装置的结构示意图。图2所示实施例中的医用半导体激光器激光输出装置与图1所示实施例中的医用半导体激光器激光输出装置的区别在于：转向镜8采用折射率n≥1.649的等腰直角棱镜，比如，采用蓝宝石晶体(折射率n＝1.768)制成的等腰直角棱镜。本实施例选择采用蓝宝石晶体制成的等腰直角棱镜作为转向镜8使用，激光在等腰直角棱镜中利用全反射原理实现转向。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述医用半导体激光器激光输出装置包括有用于发射第一波长激光的第一叠阵半导体激光器、用于发射第二波长激光的第二叠阵半导体激光器、位于第一叠阵半导体激光器发光面前端的转向镜、位于第二叠阵半导体激光器发光面前端的二向色镜、位于二向色镜出光面前端的光波导以及位于光波导出光口前端的透明的接触窗；被转向镜反射转向的第一波长激光透过二向色镜并经过光波导匀光整形后从接触窗输出；被二向色镜反射转向的第二波长激光经过光波导匀光整形后从接触窗输出。
2.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述转向镜的中心和二向色镜的中心的连线与光波导的中轴线共线；第一波长激光自第一叠阵半导体激光器的发光面沿第一传输光路传输至光波导入射端面的第一光程，与第二波长激光自第二叠阵半导体激光器的发光面沿第二传输光路传输至光波导入射端面的第二光程相等。
3.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述转向镜为表面镀有高反射膜的全反镜或折射率n≥1.649的等腰直角棱镜。
4.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述转向镜为采用蓝宝石晶体制成的等腰直角棱镜。
5.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述医用半导体激光器激光输出装置包括有用于冷却第一叠阵半导体激光器的第一通水块、用于冷却第二叠阵半导体激光器的第二通水块、热电半导体制冷器、以及用于对接触窗进行传导冷却的制冷座，所述制冷座设有一空腔，所述接触窗安装于空腔的前部，光波导的出光口端位于空腔内，且光波导与空腔之间留有空隙；所述热电半导体制冷器的底部紧贴制冷座的左侧顶部，热电半导体制冷器的顶部紧贴第二通水块的底部。
6.如权利要求5所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述第一通水块设置有第一进水口和第一出水口，第二通水块设置有第二进水口和第二出水口，所述第二出水口与第一进水口通过管路连接。
7.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述光波导采用K9玻璃、石英晶体或者蓝宝石晶体制成，外形为棱台形或圆台形。
8.如权利要求7所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述光波导的入射端具有一平台面，光波导通过固定块夹持平台面而固定在制冷座上。
9.如权利要求1所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述接触窗采用蓝宝石晶体、K9玻璃或石英晶体制成。
10.如权利要求5所述的医用半导体激光器激光输出装置，其特征在于：所述制冷座采用铜、铝、镀金铜或镀金铝制备，所述第一通水块和第二通水块采用铜、不锈钢或硬质铝制备。
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